Tarptautinis radijo teleskopų tinklas pagamino pirmąjį iš arti vaizduojamą juodosios skylės šešėlį, kurį mokslininkai atskleidė šį rytą (balandžio 10 d.). Bendradarbiavimas, vadinamas „Event Horizon“ teleskopu, patvirtino dešimtmečių prognozes, kaip šviesa elgsis aplink šiuos tamsius objektus, ir sudarė pagrindą naujai juodųjų skylių astronomijos era.
„Nuo nulio iki nuostabaus, ji buvo nuostabi“, - teigė Eminas universiteto astrofizikas ir juodųjų skylių tyrėjas Erinas Bonningas, nedalyvavęs vaizdavimo darbuose.
„Tai pasakiau, to ir tikėjausi“, - pasakojo ji „Live Science“.
Pranešimas, pagrobtas maždaug pusantros savaitės iš anksto, sugebėjo būti neįtikėtinai įdomus ir beveik visiškai neturėti stebinančių detalių ar naujos fizikos. Fizika nesugriuvo. Jokių netikėtų juodųjų skylių bruožų nebuvo atskleista. Pats vaizdas beveik idealiai atitiko juodųjų skylių, kurias esame įpratę matyti moksle ir popkultūroje, iliustracijas. Didelis skirtumas yra tas, kad jis yra daug putlesnis.
Buvo keletas svarbių klausimų, susijusių su juodosiomis skylėmis, kurie liko neišspręsti, tačiau Bonning teigė.
Kaip juodosios skylės sukuria milžiniškus karštos ir greitos medžiagos purkštukus?
Visos supermasyviosios juodosios skylės turi galimybę sukramtyti šalia esančią medžiagą, absorbuoti didžiąją dalį jos įvykių horizonto ir likusias dalis spjaudyti į kosmosą beveik šviesos greičiu degančiuose bokštuose, kuriuos astrofizikai vadina „relativistinėmis srovėmis“.
Juodoji skylė „Mergelės A“ centre (dar vadinama „Messier 87“) yra pagarsėjusi dėl įspūdingų purkštukų, smaigalių ir radiacijos visoje erdvėje. Jos reliatyvistiniai purkštukai yra tokie didžiuliai, kad jie gali visiškai ištrūkti iš supančios galaktikos.
Ir fizikai žino plačius smūgio būdus, kaip tai nutinka: Medžiaga įsibėgėja iki didžiausio greičio, nes patenka į juodosios skylės gravitacijos šulinį, tada dalis jos ištrūksta išlaikydama tą inerciją. Tačiau mokslininkai nesutaria dėl detalių, kaip tai atsitiks. Šiame paveikslėlyje ir su juo susijusiuose dokumentuose dar nėra jokios informacijos.
Išsiaiškinę, pasak Bonningo, reikės susieti „Event Horizons“ teleskopo stebėjimus - kurie užima gana mažai vietos - su žymiai didesniais reliatyvistinių purkštukų vaizdais.
Nors fizikai dar neturi atsakymų, jos teigimu, yra didelė tikimybė, kad jie greitai ateis - ypač kai bendradarbiaujant bus sukurti antrojo taikinio vaizdai: supermasyvi juodoji skylė Šaulys A * mūsų pačių galaktikos centre, kuri negamina tokių purkštukų kaip „Virgo A“. Palyginti du vaizdai, pasak jos, gali pasiūlyti šiek tiek aiškumo.
Kaip suderinamas bendrasis reliatyvumas ir kvantinė mechanika?
Kai fizikai susirenka pasikalbėti apie tikrai įdomų atradimą, galite tikėtis išgirsti ką nors pasiūlydami, kad tai galėtų padėti paaiškinti „kvantinę gravitaciją“.
Taip yra todėl, kad kvantinė gravitacija yra didžiausias fizikoje nežinomas dalykas. Maždaug šimtmetį fizikai dirbo naudodamiesi dviem skirtingais taisyklių rinkiniais: Bendrasis reliatyvumas, apimantis tokius didelius dalykus kaip gravitacija, ir kvantinė mechanika, apimanti labai mažus dalykus. Problema ta, kad šie du įžanginiai straipsniai tiesiogiai prieštarauja vienas kitam. Kvantinė mechanika negali paaiškinti gravitacijos, o reliatyvumas negali paaiškinti kvantinio elgesio.
Kažkada fizikai tikisi susieti juos į didelę vieningą teoriją, greičiausiai apimančią kažkokį kvantinį sunkumą.
Ir iki šiandien paskelbto pranešimo buvo spėliojama, ar tai gali apimti tam tikrą proveržį šia tema. (Jei atvaizde nebūtų buvę patvirtintos bendrosios reliatyvumo prognozės, tai būtų pastūmėjęs kamuolį į priekį.) Per Nacionalinio mokslo fondo naujienų apžvalgą Avery Broderick, Kanados Vaterlo universiteto fizikė ir bendradarbė projekto metu pasiūlė tokius atsakymus.
Tačiau Bonningas skeptiškai vertino šį teiginį. Šis vaizdas visiškai nestebino bendrosios reliatyvumo perspektyvos požiūriu, todėl jis nepasiūlė jokios naujos fizikos, kuri galėtų užpildyti atotrūkį tarp dviejų laukų, sakė Bonningas.
Vis dėlto nėra nuostabu, kad žmonės tikisi atsakymų iš tokio pobūdžio pastebėjimų, sakė ji, nes juodosios skylės šešėlis nukreipia reliatyvistines jėgas į mažas, kvantinio dydžio erdves.
„Mes tikėtumesi pamatyti kvantinę gravitaciją labai, labai arti įvykio horizonto arba labai, labai ankstyvoje ankstyvojoje visatoje“, - sakė ji.
Tačiau, pasak vis dar neryškios „Event Horizons“ teleskopo raiškos, mes greičiausiai nerasime tokio tipo efektų, net jei planuojami atnaujinimai ateis.
Ar Stepheno Hawkingo teorijos buvo tokios pat teisingos kaip Einšteino?
Fiziko Stepheno Hawkingo didžiausias ankstyvosios karjeros indėlis į fiziką buvo „Hawkingo radiacijos“ idėja - kad juodosios skylės iš tikrųjų nėra juodosios, bet laikui bėgant skleidžia nedidelius radiacijos kiekius. Rezultatas buvo nepaprastai svarbus, nes jis parodė, kad kai tik nustoja augti juodoji skylė, ji pradeda lėtai trauktis nuo energijos nuostolių.
Tačiau „Event Horizons“ teleskopas šios teorijos nei patvirtino, nei paneigė, sakė Bonningas, o ne tai, kad kas nors to tikėjosi.
Jos teigimu, milžiniškos juodosios skylės, tokios kaip „Mergelė A“, skleidžia tik minimalų Hawkingo spinduliuotės kiekį, palyginti su bendru jų dydžiu. Nors mūsų pažangiausi instrumentai dabar gali aptikti ryškius jų įvykių horizonto žiburius, yra mažai tikimybės, kad jie kada nors išnaikins labai niūrų supermasyvios juodosios skylės paviršiaus švytėjimą.
Tie rezultatai, pasak jos, greičiausiai ateis iš mažiausių juodųjų skylių - teorinių, trumpaamžių objektų, tokių mažų, kad galėtum uždengti visą jų įvykių horizontą rankoje. Turėdami galimybę atlikti išsamesnius stebėjimus ir gauti daug daugiau radiacijos, palyginti su bendru jų dydžiu, žmonės galų gale sugalvos, kaip sukurti ar surasti ir aptikti jos radiaciją.
Taigi ko mes iš tikrųjų išmokome iš šio įvaizdžio?
Pirmiausia, fizikai vėl sužinojo, kad Einšteinas buvo teisus. Šešėlio kraštas, kiek mato „Event Horizons“ teleskopas, yra tobulas apskritimas, kaip ir numatė XX amžiaus fizikai, dirbantys su Einšteino bendrosios reliatyvumo lygtimis.
„Nemanau, kad kas nors turėtų nustebti, kai praeis dar vienas bendrojo reliatyvumo testas“, - teigė Bonningas. "Jei jie būtų žengę ant scenos ir sakydami, kad bendrasis reliatyvumas nutrūko, būčiau nukritęs nuo savo kėdės".
Anot jos, rezultatas, turintis tiesioginį praktinį poveikį, buvo tai, kad vaizdas leido mokslininkams tiksliai išmatuoti šios supermasyvios juodosios skylės, esančios 55 milijonų šviesmečių atstumu nuo „Virgo A“ galaktikos šerdies, masę. Tai 6,5 milijardo kartų masyvesnė už mūsų saulę.
Tai yra didelis dalykas, sakė Bonningas, nes tai gali pakeisti būdą, kaip fizikai sveria supermasyvias juodąsias skylutes kitų, atesnių ar mažesnių galaktikų širdyse.
Šiuo metu fizikai gana tiksliai išmatuoja supermasyviosios juodosios skylės masę Paukščių Tako centre, sakė Boningas, nes jie gali stebėti, kaip jos gravitacija juda atskiras žvaigždes kaimynystėje.
Tačiau kitose galaktikose mūsų teleskopai nemato atskirų žvaigždžių judesių, sakė ji. Taigi fizikams užstrigo šiurkštesni matavimai: kaip juodosios skylės masė veikia šviesą, sklindančią iš skirtingų galaktikos žvaigždžių sluoksnių, arba kaip jos masė daro įtaką šviesai, sklindančiai iš skirtingų galaktikoje esančių laisvai plūduriuojančių dujų sluoksnių.
Tačiau šie skaičiavimai yra netobuli, sakė ji.
„Jūs turite modeliuoti labai sudėtingą sistemą“, - sakė ji.
Ir abu metodai duoda kiek skirtingus rezultatus kiekvienos galaktikos stebėtojų fizikams. Bet bent jau dėl „Mergelės A“ juodosios skylės mes dabar žinome, kad vienas metodas yra teisingas.
„Mūsų apsisprendimas dėl 6,5 milijardo saulės masių baigiasi nusileidimu tiesiai po sunkesnės masės nustatymo“, - naujienų instruktaže sakė Sera Markoff, Amsterdamo universiteto astrofizikė ir projekto bendradarbė.
Tai nereiškia, kad fizikai imsis didmeninės prekybos ta juodųjų skylių masių matavimo metodika, sakė Bonningas. Tačiau tai yra svarbus duomenų taškas, kuriuo tikslinami būsimi skaičiavimai.
